JP2008022008A

JP2008022008A - 有機薄膜トランジスタ基板とその製造方法

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Publication number: JP2008022008A
Application number: JP2007182465A
Authority: JP
Inventors: Konkei So; 宋　根　圭; Seung-Hwan Cho; 承奐趙; Bo-Sung Kim; 保成金; Young-Min Kim; 泳敏金; Jung Han Shin; 重漢愼
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2008-01-31
Also published as: EP1879233A1; TW200814386A; US7858971B2; KR20080006316A; CN101114667A; US20080012024A1

Abstract

【課題】本発明は有機薄膜トランジスタ基板とその製造方法に関し、薄膜トランジスタを容易に製造することができる有機薄膜トランジスタ基板及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明による有機薄膜トランジスタ基板は基板上に形成されるゲートラインと、前記ゲートラインと同一の平面上に形成される画素電極と、前記ゲートラインと絶縁されて形成されるデータラインと、前記ゲートラインと接続するゲート電極、前記ゲートラインと絶縁され前記データラインと接続するソース電極、前記ゲート電極と絶縁され前記画素電極と接続するドレイン電極、前記ソース及びドレイン電極と接触する有機半導体層を含む有機薄膜トランジスタと、前記ゲートライン及びゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は有機薄膜トランジスタ基板とその製造方法に関する。

液晶表示装置は電界を用いて有機異方性を有する液晶の光透過率を調節することで画像を表示する。このために、液晶表示装置は液晶セルマトリックスを通じて画像を表示する液晶表示パネル（以下、液晶パネル）と、その液晶パネルを駆動する駆動回路を具備する。
液晶セルそれぞれには画素信号を独立的に供給するためのスイッチ素子として薄膜トランジスタＴＦＴが用いられる。このような薄膜トランジスタのアクティブ層としてアモルファスシリコンまたはポリシリコンが用いられる。

しかし、アモルファスシリコンまたはポリシリコンアクティブ層は薄膜蒸着（コーティング）工程、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を通じてパターニングされて形成されることで工程の複雑さと製造費用が上昇するという問題点が発生する。
従って、本発明が達成しようとする技術的課題は薄膜トランジスタを容易に製造することができる有機薄膜トランジスタ基板及びその製造方法を提供することにある。

前記技術的課題を達成するために、本発明１による有機薄膜トランジスタ基板は、基板上に形成されるゲートラインと、前記ゲートラインと同一の平面上に形成される画素電極と、前記ゲートラインと絶縁され形成されるデータラインと、前記ゲートラインと接続するゲート電極、前記ゲートラインと絶縁され前記データラインと接続するソース電極、前記ゲート電極と絶縁され前記画素電極と接続するドレイン電極、前記ソース及びドレイン電極と接触する有機半導体層を含む有機薄膜トランジスタと、前記ゲートライン及び前記ゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜と、を含む。

本発明の有機薄膜トランジスタでは、画素電極をゲートライン及びゲート電極と同一の平面上に形成する。それにより、有機薄膜トランジスタ基板を製作するときマスクを少なくすることができる。よって、製作費用が節減され製作時間も減少し、化学露出及びプラズマ露出に対して安定的となる。
発明２は、発明１において、前記ゲートライン及びゲート電極は、第１導電層と第２導電層で積層された複層構造に形成されることを特徴とする。

発明３は、発明２において、前記第１導電層は、透明導電層からなり、前記第２導電層は不透明金属からなることを特徴とする。
発明４は、発明３において、前記画素電極は、前記ゲートラインと同一の材質から形成されることを特徴とする。
画素電極はゲートラインと同一層であるとともに、ゲートラインと同一の材質で形成されるため、画素電極とゲートラインとを同時に形成することができる。よって、製造工程を簡単化し、またマスクを少なくすることができる。これにより、製作費用が節減され製作時間も減少し、化学露出及びプラズマ露出に対して安定的となる。

発明５は、発明１において、前記ゲート絶縁膜は、前記有機薄膜トランジスタのドレイン電極と重畳される前記画素電極上に形成されることを特徴とする。
発明６は、発明５において、前記画素電極及びドレイン電極は、前記ゲート絶縁膜に形成されるコンタクトホールを通じて接触されることを特徴とする。
発明７は、発明１において、前記ゲート絶縁膜は、無機物質からなることを特徴とする。

無機絶縁膜をゲート絶縁膜として使用した有機薄膜トランジスタは、ゲートオン電圧を印加すると有機薄膜トランジスタがターンオンされて一定のソース電流が流れる。ここで、また、ゲートオフ電圧を印加すると、有機薄膜トランジスタはターンオフされソース電流が殆ど流れない。ゲートオン電圧によってターンオンされた有機薄膜トランジスタのソース電極には相対的に高いソース電流が流れ、ゲートオフ電圧を印加するとソース電流が急激に減少し殆ど流れない。それにより、有機薄膜トランジスタを相対的に低いゲートオフ電圧でオフさせることができるので消費電力を減少させることができる。このように無機絶縁膜を使用した有機薄膜トランジスタにゲートオン電圧を供給すると、オンされた有機薄膜トランジスタのオン−電流が流れる。また、ゲートオフ電圧を供給すると、オフされた有機薄膜トランジスタのオフ電流は殆ど流れなくなる。それによって、有機薄膜トランジスタのターンオン及びターンオフ動作を正確にスイッチングできるようになる。従って、ゲート絶縁膜として無機絶縁膜を使用すると、有機薄膜トランジスタにゲートオン/オフ電圧を印加することで有機薄膜トランジスタのソース電極に流れるオン/オフ電流を正確に区分することができる。

発明８は、発明７において、前記ゲート絶縁膜は、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなることを特徴とする。
発明９は、発明１において、前記ゲート絶縁膜は、有機物質からなることを特徴とする。
発明１０は、発明１において、前記データラインは、透明導電層を含んで二重以上の複層構造に形成されることを特徴とする。
発明１１は、発明１０において、前記データラインは、透明導電層からなる第３導電層と、前記第３導電層上に形成され不透明な金属からなる第４導電層を含むことを特徴とする。

発明１２は、発明１１において、前記有機薄膜トランジスタのソース及びドレイン電極は、前記データラインの第３導電層と同一の材質から形成されることを特徴とする。
発明１３は、発明１１において前記ゲート絶縁膜は、ポリビニルピロリドンＰＶＰ、ポリビニルアセテートＰＶＡ、フェノール系高分子、アクリル系高分子、イミド系高分子、アリルエーテル系高分子、アミド系高分子、フッ素系高分子、ビニルアルコール系高分子を含むグループのうち選択された前記有機物質から形成されることを特徴とする。

前記技術的課題を達成するために、本発明１４による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法は、基板上にゲートライン、ゲート電極及び画素電極を形成する段階と、前記ゲートライン及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜の一部上にデータライン、前記データラインと接続するソース電極及び前記画素電極と接続するドレイン電極を形成する段階と、前記ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体層を形成する段階と、を含む。

発明１５は、発明１４において、前記ゲートライン及びゲート電極を形成する段階は、前記基板上に第１導電層と第２導電層で積層された複層構造のゲートライン及びゲート電極を形成する段階を含むことを特徴とする。
発明１６は、発明１５においてそして、前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、無機物質からなるゲート絶縁膜を形成する段階を含むことを特徴とする。

発明１７は、発明１６において、前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜を形成する段階を含むことを特徴とする。
発明１８は、発明１４において、前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、有機物質からなるゲート絶縁膜を形成する段階を含むことを特徴とする。
発明１９は、発明１４において、前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、前記画素電極上にコンタクトホールを含むゲート絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする。

発明２０は、発明１４において、前記有機半導体層を形成する前に内部に前記有機半導体層が充てんされるホールを備えたバンク絶縁膜を形成する段階と、
前記有機半導体層が形成されたホール内に有機保護膜を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする。
有機半導体層は、バンク絶縁膜に形成されたホール内に埋め込まれるようにして形成される。よって、製造工程が簡単であり製造費用を削減することができる。

本発明によれば、有機薄膜トランジスタ基板を容易に製造することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の平面図及び断面図である。
図１及び図２を参照して有機薄膜トランジスタ基板は基板１０１上にゲート絶縁膜１０６を間において交差するように形成されたゲートライン１００及びデータライン１１０、ゲートライン１００及びデータライン１１０と接続された有機薄膜トランジスタ１６０を含む。また、有機薄膜トランジスタ基板はその交差構造で備えられたサブ画素領域に形成され有機薄膜トランジスタ１６０と接続された画素電極１１８を具備する。

ゲートライン１００はゲートドライバ（図示せず）からのスキャン信号の供給を受ける。ゲートライン１００は基板１０１上に第１導電層１０２と第２導電層１０４が積層された複層構造を有する。例えば、ゲートライン１００の第１導電層１０２は透明導電層を用い、第２導電層１０４は不透明な金属層から形成される。第１導電層１０２としてはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫酸化物（ＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物ＩＺＯ、インジウム錫亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）などが、第２導電層１０４としては銅Ｃｕ、モリブデンＭｏ、アルミニウムＡｌ、銅合金、モリブデン合金、アルミニウム合金などを用いることが望ましい。そして、ゲートライン１００と連結されたゲートパッド上のゲート絶縁膜１０６はフォトリソグラフィ工程とエッチング工程によってパターニングされることでゲートパッドが露出される。

データライン１１０はデータドライバ（図示せず）からの画素信号の供給を受ける。データライン１１０はゲート絶縁膜１０６上に透明導電層を含む２層以上の複層構造に形成される。例えば、データライン１１０は透明導電層を用いる第３導電層１０５、不透明な金属を用いた第４導電層１０７が積層された複層構造に形成される。第３導電層１０５としてＩＴＯ、ＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯなどが、第４導電層１０７としては銅Ｃｕ、モリブデンＭｏ、アルミニウムＡｌ、銅合金、モリブデン合金、アルミニウム合金などを用いることが望ましい。

ゲート絶縁膜１０６は有機薄膜トランジスタ１６０がターンオン及びターンオフ動作されたとき有機薄膜トランジスタ１６０のオン電流Ｉｏｎ及びオフ電流Ｉｏｆｆの特性をよくするために形成される。ここで、ゲート絶縁膜１０６は無機物質からなった無機絶縁膜を使用する。このような無機絶縁膜は例えば、窒化シリコンを用いて形成することが望ましい。

また、ゲート絶縁膜１０６は有機物質からなる有機絶縁膜を使用することもできる。このような有機絶縁膜は、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、フェノール系高分子、アクリル系高分子、イミド高分子、アリルエーテル系高分子、アミド系高分子、フッ素系高分子、ビニルアルコール系高分子を含むグループのうち選択された前記有機物質から形成されることが望ましい。

ゲート絶縁膜１０６はゲートライン１００及びデータライン１１０との間に形成されこれらを絶縁させる。そして、ゲート絶縁膜１０６は有機薄膜トランジスタ１６０のゲート電極１０３とソース及びドレイン電極１０８、１０９の間に形成されこれらを絶縁させる。
有機薄膜トランジスタ１６０はゲートライン１００に供給されるスキャン信号に応答してデータライン１１０に供給される画素信号が画素電極１１８に充てんされて保持されるようにする。これのために、有機薄膜トランジスタ１６０はゲートライン１００と接続されたゲート電極１０３及び、データライン１１０と接続されたソース電極１０８、ソース電極１０８と向き合って画素電極１０８と接続されたドレイン電極１０９を含む。そして、有機薄膜トランジスタ１６０は、ゲート絶縁膜１０６を間において、ゲート電極１０３と重畳されソース電極１０８とドレイン電極１１０との間にチャンネルを形成する有機半導体層１１４を具備する。

ここで、ゲート電極１０３は、ゲート絶縁膜１０６を間において有機半導体層１１４と重畳される。そして、ゲート電極１０３はゲートライン１００と同一の構造及び材質から形成される。具体的に、ゲート電極１０３は透明導電層からなった第１導電層１０２及び不透明な金属層からなった第２導電層１０４から形成される。ソース及びドレイン電極１０８、１０９はデータライン１１０を成す第３導電層１０５であるＩＴＯ、ＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯなどから形成される。有機半導体層１１４はゲート電極１０３と重畳される領域でソース及びドレイン電極１０８、１０９とバンク絶縁膜１１２によって備えられたホール１１３内に形成される。

有機半導体層１１４はペンタセン（pentacene）、テトラセン（tetracene）、アントラセン（anthracene）、ナフタレン（naphthalene）、 α-６Ｔ、 α-４Ｔ、ペリレン（perylene）及びその誘導体、ルブレン（rubrene）及びその誘導体、コロネン（coronene）及びその誘導体、ペリレンテトラカルボキシルジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボキシル二無水物（perylenetetracarboxylic dianhydride）及びその誘導体、フタロシアニン及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボキシルジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボキシル二無水物及びその誘導体、置換された非置換されたチオフェンを含む共役系高分子誘導体、置換されたフルオレンを含む共役系高分子誘導体などのような有機半導体からなる。

有機半導体層１１４はセルフ分子組立体（self assembled monolayer：以下、ＳＡＭ）処理工程を通じてソース及びドレイン電極１０８、１０９それぞれとオーミック接触される。具体的に、ＳＡＭ処理工程を通じてソース及びドレイン電極１０８、１０９それぞれと有機半導体層１１４間の仕事関数の差異が減少される。それにより、ソース及びドレイン電極１０８、１０９で有機半導体層１１４へのホール注入が容易になると同時にソース及びドレイン電極１０８、１０９それぞれと有機半導体層１１４間の接触抵抗が減少される。

有機保護膜１１６は有機薄膜トランジスタ１６０を保護する。そして、有機保護膜１１６はバンク絶縁膜１１２によって備えられたホール１１３内に形成される。
バンク絶縁膜１１２はホール１１３を備えるように形成される。バンク絶縁膜１１２によってそなえられたホール１１３はソース及びドレイン電極１０８、１０９を露出させる。バンク絶縁膜１１２によって露出されたソース及びドレイン電極１０８、１０９の一部は有機半導体層１１６と重畳される。

画素電極１１８は基板１０１上にゲート電極１０３と同一に第１導電層１０２と第２導電層１０４で形成される。ここで、画素電極１１８は延長されたドレイン電極１０９と接続される。第２導電層１０４はサブ画素領域でドレイン電極１０９下部に形成され、第１導電層１０２はドレイン電極１０９下部のみならずサブ画素全部領域に形成される。
ここで、画素電極１１８は、ドレイン電極１０９の第３導電層１０５として使用された透明導電層と、画素電極１１８の第１導電層１０２として使用された透明導電層と、の間の伝導性を高くするために、画素電極１１８の第２導電層１０４は不透明な金属層で形成される。そして、画素電極１１８は有機薄膜トランジスタ基板及びカラーフィルタ基板（図示せず）の間に形成される液晶分子に電圧を供給する。

図３及び図４は有機絶縁膜及び無機絶縁膜をそれぞれゲート絶縁膜として使用した有機薄膜トランジスタの特性を比較するためにグラフである。
図３及び図４に示されたグラフは、有機薄膜トランジスタのゲートオン/オフ電圧対有機薄膜トランジスタのゲートオン/オフ電流変化特性を示す。ここで、Ｘ軸は有機薄膜トランジスタのゲートオン/オフ電圧を示し、Ｙ軸は電圧による有機薄膜トランジスタのオン/オフ電流を示す。

図３を参照すると、有機薄膜トランジスタにゲートオン電圧を４０Ｖ印加すると、このような有機薄膜トランジスタはターンオンされ一定のソース電流Ｉｓが流れる。しかし、有機薄膜トランジスタにゲートオフ電圧である−４０Ｖを印加すると有機薄膜トランジスタは不安定にターンオンされてソース電流Ｉｓは不安定に流れる。具体的に、有機薄膜トランジスタにゲートオフ電圧を印加すると有機薄膜トランジスタはターンオフされて低いソース電流Ｉｓが流れる。しかし、有機薄膜トランジスタにゲートオフ電圧を継続的に印加すると漸次高いソース電流Ｉｓが流れるようになって高い電圧で有機薄膜トランジスタはターンオフされる。

図４を参照すると、無機絶縁膜をゲート絶縁膜として使用した有機薄膜トランジスタは、ゲートオン電圧Ｖｏｎ４０Ｖを印加すると有機薄膜トランジスタがターンオンされて一定のソース電流が流れる。ここで、無機絶縁膜は例えば、窒化シリコンＳｉＮｘで用いられる。また、ゲートオフ電圧である−４０Ｖを印加すると、有機薄膜トランジスタはターンオフされソース電流が殆ど流れない。ゲートオン電圧によってターンオンされた有機薄膜トランジスタのソース電極には相対的に高いソース電流が流れ、ゲートオフ電圧を印加するとソース電流が急激に減少し殆ど流れない。それにより、有機薄膜トランジスタを相対的に低いゲートオフ電圧でオフさせることができるので消費電力を減少させることができる。無機絶縁膜を使用した有機薄膜トランジスタにゲートオン電圧を供給すると、オンされた有機薄膜トランジスタのオン−電流が流れる。また、ゲートオフ電圧を供給すると、オフされた有機薄膜トランジスタのオフ電流は殆ど流れなくなる。それによって、有機薄膜トランジスタのターンオン及びターンオフ動作を正確にスイッチングできるようになる。従って、ゲート絶縁膜として無機絶縁膜を使用すると、有機薄膜トランジスタにゲートオン/オフ電圧を印加することで有機薄膜トランジスタのソース電極に流れるオン/オフ電流を正確に区分することができる。

ゲート絶縁膜を有機絶縁膜で形成する場合、有機薄膜トランジスタターンオフ動作で、オフ電流が高くて不安定に示される可能性がある。一方、ゲート絶縁膜を無機ゲート絶縁膜で形成するとき、オフ電流が相対的に低くて安定的に示される。従って、ゲート絶縁膜としては有機絶縁膜を使用するよりも無機絶縁膜を使用する方が有機薄膜トランジスタの特性がよい。しかし、状況によってゲート絶縁膜を有機絶縁膜として使用することもできる。

以上の通り、本発明の有機薄膜トランジスタでは、画素電極をゲートライン及びゲート電極と同一の平面上に形成する。それにより、有機薄膜トランジスタ基板を製作するときマスクを少なくすることができる。よって、製作費用が節減され製作時間も減少し、化学露出及びプラズマ露出に対して安定的となる。
また、有機半導体層１１４は、バンク絶縁膜１１２に形成されたホール１１３内に埋め込まれるようにして形成される。よって、製造工程が簡単であり製造費用を削減することができる。

さらに、有機半導体層１１４は、ＳＭＡ処理されることで、ホール１１３内に露出されていたソース及びドレイン電極１０８、１０９とオーミック接触される。このＳＡＭ処理工程を通じてソース及びドレイン電極１０８、１０９それぞれと有機半導体層１１４間の仕事関数の差異が減少される。それにより、ソース及びドレイン電極１０８、１０９で有機半導体層１１４へのホール注入が容易になると同時にソース及びドレイン電極１０８、１０９それぞれと有機半導体層１１４間の接触抵抗が減少される。このように、低抵抗の有機薄膜トランジスタが形成できるため、低電圧で有機薄膜トランジスタを容易に制御することができる。

図５及び図６は本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の平面図及び断面図である。
図５及び図６に示された有機薄膜トランジスタ基板は図１及び図２に示された有機薄膜トランジスタ基板と対比してゲート絶縁膜２０６にコンタクトホール２３０が形成されることを除いては同一の構成要素を具備する。それにより、同一の構成用語に対する詳細な説明は簡略に説明する。

図５及び図６を参照すると、有機薄膜トランジスタ基板は基板２０１上にゲートライン２００、画素電極２１８、データライン２１０、有機薄膜トランジスタ２６０、有機保護膜２１６を含む。
前記ゲートライン２００及びデータライン２１０によって画素領域が定義されることができる。このようなゲートライン２００は基板２０１上に第１導電層２０２と第２導電層２０４が積層された複層構造を有する。例えば、ゲートライン２００の第１導電層２０２は透明導電層を用い第２導電層２０４は不透明な金属層で形成することが望ましい。そして、データライン２１０は透明導電層を含む少なくとも二重以上の複層構造に形成される。例えば、データライン２１０は透明導電層からなる第３導電層２０５及び不透明金属層からなる第４導電層２０７が積層された複層構造に形成される。

画素電極２１８はゲートライン２００及び有機薄膜トランジスタ２６０のゲート電極２０３と同一の平面上に形成される。そして、画素電極２１８はゲートライン２００と同一に第１導電層２０２と第２導電層２０４で形成された複層構造に形成される。このような第２導電層２０４はサブ画素領域でドレイン電極２０９下部に形成され、第１導電層２０２はサブ画素全領域に形成される。そして、画素電極２１８はコンタクトホール２３０を通じてドレイン電極２０９と接続する。

ゲート絶縁膜２０６はゲートライン２００、ゲート電極２０３、画素電極２１８を含むゲートパターンと、データライン２１０、ソース電極２０８及びドレイン電極２０９を含むデータパターンと、を絶縁させる。ここで、ゲート絶縁膜２０６は有機薄膜トランジスタ２６０がターンオン及びターンオフ動作されたとき有機薄膜トランジスタ２６０のオン−電流Ｉｏｎ及びオフ電流Ｉｏｆｆの特性をよくするために有機絶縁膜及び無機絶縁膜を使用することが望ましい。

そして、ゲート絶縁膜２０６は第１導電層２０２及び第２導電層２０４が形成された画素電極２１８上に形成される。ゲート絶縁膜２０６を画素電極２１８上に形成すると、有機薄膜トランジスタ２６０のドレイン電極２０９をエッチングするとき画素電極２１８の第２導電層２０４が同時にエッチングされることを防止することができる。そして、ゲート絶縁膜２０６はコンタクトホール２３０を含む。このようなコンタクトホール２３０を通じて画素電極２１８と有機薄膜トランジスタ２６０のドレイン電極２０９と接続する。

有機薄膜トランジスタ２６０はゲートライン２００と接続するゲート電極２０３、データライン２１０と接続するソース電極２０８、ソース電極２０８と向き合う画素電極２１８と接続するドレイン電極２０９を含む。そして、有機薄膜トランジスタ２６０はゲート絶縁膜２０６を間においてゲート電極２０３と重畳されてソース電極２０８とドレイン電極２０９との間にチャンネルを形成する有機半導体層２１４を含む。有機半導体層２１４は、ゲート電極２０３と重畳される領域でソース及びドレイン電極２０８、２０９とバンク絶縁膜２１２とによって備えられたホール２１３内に形成される。

有機保護膜２１６は有機薄膜トランジスタ２６０を保護する。有機保護膜２１６はバンク絶縁膜２１２によって備えられたホール２１３内に形成され有機半導体層２１４上に形成される。
バンク絶縁膜２１２はホール２１３を備えるように形成される。バンク絶縁膜２１２によって備えられたホール２１３はソース及びドレイン電極２０８、２０９を露出させる。バンク絶縁膜２１２によって露出されたソース及びドレイン電極２０８、２０９の一部は有機半導体層２１４と接続する。

本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタもまた、第１実施例による有機薄膜トランジスタと同様の作用効果を奏する。
本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法を図７乃至図２５を具体的に説明する。
図７及び図８は本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート金属パターンの製造方法を説明するための平面図及び断面図である。

図７及び図８に示されたように第１マスク工程で基板１０１上に第１導電層１０２と第２導電層１０４が積層されたゲートライン１００、ゲート電極１０３及び画素電極１１８を含むゲート金属パターンが形成される。
具体的に、基板１０１上にスパッタリング方法などの蒸着方法を通じて第１導電層１０２と第２導電層１０４が順次に積層される。第１導電層１０２と第２導電層１０４を積層した後その第１導電層１０２と第２導電層１０４がフォトリソグラフィ工程とエッチング工程によってパターニングされることでゲートライン１００及びゲート電極１０３と画素電極１１８を含む第１マスクパターンが形成される。ここで、第１導電層１０２はアモルファスインジウム錫酸化物ａ−ＩＴＯを用い、第２導電層１０４としてはアルミニウム、モリブデン、クロム、銅などこれらの複層構造に形成される。

図９及び図１０は本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート絶縁膜の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
図９及び図１０に示されたように、ゲート金属パターンが形成された基板１０１上にゲート絶縁膜１０６が形成される。具体的に、ゲート金属パターンが形成された基板１０１上に無機絶縁物質が全面蒸着されることでゲート絶縁膜１０６が形成される。ゲート絶縁膜１０６としてはプラズマ化学気相蒸着（以下、ＰＥＣＶＤ）などの蒸着方法を通じて例えば窒化シリコンなどのような無機絶縁物質が用いられる。または、ゲート絶縁膜１０６としてはスピンコーティングなどのコーティング方法を通じて例えば、ポリビニルＰＶＰなどのような有機絶縁物質が用いられることもできる。ここで、ゲートライン１００と連結されたゲートパッド上のゲート絶縁膜１０６はフォトリソグラフィ工程とエッチング工程によってパターニングされることでゲートパッドを露出させ、画素電極１１８が形成される基板１０１も露出させる。

図１１及び図１２は本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちデータライン、ソース及びドレイン電極の製造段階を経た平面図及び断面図であり、図１３及び図１４は図１１及び図１２に示された有機薄膜トランジスタ基板のデータライン、ソース及びドレイン電極製造方法を詳細に説明するための断面図である。
まず、図１３に示されたように、ゲート絶縁膜１０６上にスパッタリングなどの蒸着方法で第３導電層１０５、第４導電層１０７が積層される。第３導電層１０５としてはＩＴＯ、ＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯなどが、第４導電層１０７としては銅、モリブデン、アルミニウム、銅合金、モリブデン合金、アルミニウム合金などが用いられる。続いて、第４導電層１０７上にフォトリソグラフィが塗布された後、半透過マスクまたはスリットマスク１４０を用いたフォトリソグラフィ工程でフォトレジストが露光及び現象されることで図１４に示されたように互いに異なる厚さを有する第１及び第２フォトレジストパターン２１２ａ、２１２ｂが形成される。

具体的に、スリットマスク１４０は石英基板１４２上に遮断層１４４が形成された遮断領域Ｓ１１、石英基板１４２上に複数個のスリット１４６が形成されたスリット領域Ｓ１２と、石英基板１４２のみ存在する透過領域Ｓ１３を具備する。遮断領域Ｓ１１はデータライン１１０が形成される領域に位置して、露光工程の際、紫外線を遮断する。これにより現象工程の後、図１４に示されたように第１フォトレジストパターン２１２ａが残される。スリット領域Ｓ１２はソース及びドレイン電極１０８、１０９が形成される領域に位置して、露光工程の際、紫外線を回折させることで現象工程の後図１４に示されたように第１フォトレジストパターン２１２ａより厚さの薄い第２フォトレジストパターン２１２ｂが残される。そして、透過領域Ｓ１３は紫外線を全部透過させることで現象後図１４に示されたようにフォトレジストが除去される。

第１及び第２フォトレジストパターン２１２ａ、２１２ｂをマスクとして用いた第１エッチング工程で第４導電層１０７が図１５に示されたようにパターニングされることで第３導電層１０５が露出される。続いて、図１６に示されたように、酸素Ｏ_２のプラズマを用いたアッシング工程で第１フォトレジストパターン２１２ａの厚さが薄くなり、第２フォトレジストパターン２１２ｂは除去される。そして、図１７に示されたように、アッシングされた第１フォトレジストパターン２１２ａをマスクとして用いた第２エッチング工程で、露出された第３導電層１０５が除去される。第３及び第４導電層１０５、１０７からなるデータライン１１０、ソース及びドレイン電極１０８、１０９が形成される。

図１８に示されたように第１フォトレジストパターン２１２ａをマスクとして用いた第３エッチング工程で、露出された第４導電層１０７と第２導電層１０４が除去される。即ち、画素電極１１８の第２導電層１０４はドレイン電極１０９と連結された一部を除いて除去される。第４導電層１０７が除去されたところにソース及びドレイン電極１０８、１０９が互いに向き合って形成される。以後、データライン１０７上に形成された第１フォトレジストパターン２１２ａがストリップ工程で除去される。従って、図１１及び図１２に示されたように、有機薄膜トランジスタ基板は基板１０１及びゲート絶縁膜１０６上にデータライン１１０、ソース及びドレイン電極１０８、１０９が形成される。

図１９及び図２０は本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造段階を経た平面図及び断面図であり、図２２乃至図２４は図１９及び図２０に示された有機薄膜トランジスタ基板のバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を詳細に説明するための断面図である。
まず、図２１に示されたようにソース及びデータ電極１０８、１０９とデータライン１１０及び画素電極１１８が形成された基板１０１上にスピンリスまたはスピンコーティングなどのコーティング方法を通じて感光性有機絶縁物質１２０が全面に塗布される。続いて、マスク１５０が基板１０１上に整列される、マスク１５０は石英基板１５２上に遮断層１５４が形成された遮断領域Ｓ２１と、石英基板１５２のみ存在する透過領域Ｓ２２を具備する。遮断領域Ｓ２１は露光工程の際紫外線を遮断することで、現象工程の後、遮断領域Ｓ２１と対応される領域の基板１０１上には、図２２に示されたようにバンク絶縁膜１１２が形成される。透過領域Ｓ２２は露光工程の際紫外線を全部透過させることで、現象工程の後、透過領域Ｓ２２と対応される領域の基板１０１上にはホール１１３が形成される。ここで、ホール１１３ではゲート絶縁膜１０６とソース及びドレイン電極１０８、１０９が露出される。以後、インクジェット噴射装置を用いてバンク絶縁膜１１２によって備えられたホール１１３内に液体状態の有機半導体を噴射する。以後、液体状態の有機半導体が硬化されることで図２３に示されたように固体状態の有機半導体層１１４が形成される。有機半導体層１１４が形成された後その有機半導体層１１４はセルフ分子組立体ＳＡＭ処理される。それにより、有機半導体層１１４はソース及びドレイン電極１０８、１０９それぞれとオミック接触される。その後、バンク絶縁膜１１２によって備えられたホール１１３内にポリビニルアセテートＰＶＡなどのような有機絶縁液がインクジェット噴射装置を通じて噴射された後硬化される。以後、バンク絶縁膜１１２によって備えられたホール１１３内に図２４に示されたように有機保護膜１１６が形成される。従って、図１９及び図２０に示されたように、有機薄膜トランジスタ基板はデータライン１１０、ソース及びドレイン電極１０８、１０９上にバンク絶縁膜１１２、有機半導体層１１４、有機保護膜１１６が形成される。

そして、本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法を図２５乃至図３２を通じて具体的に説明する。
図２５乃至図３２に示された有機薄膜トランジスタ基板の製造方法は図７乃至図２４に示された有機薄膜トランジスタ基板の製造方法と対比してゲート絶縁膜２０６にコンタクトホール２３０が形成されることを除いては同一の製造方法である。それにより、同一の製造方法に対する詳細な説明は簡略に説明する。

図２５及び図２６は本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート金属パターンの製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
図２５乃至図２６に示されたように、第１マスク工程で基板２０１上に第１導電層２０２と第２導電層２０４が積層されたゲートライン２００、ゲート電極２０３及び画素電極２１８を含むゲート金属パターンが形成される。具体的に、スパッタリングなどの蒸着を通じて第１導電層２０２と第２導電層２０４が蒸着され、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によってゲート金属パターンが形成される。

図２７及び図２８は本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート絶縁膜の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
図２７及び図２８に示されたように第２マスク工程でゲート金属パターンが形成された基板２０１上にゲート絶縁膜２０６が形成される。具体的に、ゲート金属パターンが形成された基板２０１上にＰＥＣＶＤなどの蒸着方法を通じて例えば、窒化シリコンなどからなった無機ゲート絶縁膜が形成される。または、ゲート金属パターンが形成された基板２０１上にスピンコーティングなどのコーティング方法を通じて例えばポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などからなった有機ゲート絶縁膜が形成される。そして、ゲート絶縁膜２０６は画素電極２１８上に形成される。それにより、ドレイン電極をエッチングするとき画素電極２１８がエッチングされることを防止することができる。また、ゲート絶縁膜２０６は画素電極２１８がドレイン電極２０９と接続するためにコンタクトホール２３０を含む。

図２９及び図３０は本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちデータライン、ソース及びドレイン電極の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
図２９及び図３０に示されたように、第３マスク工程でゲート絶縁幕２０６上に第３導電層２０５及び第４導電層２０７が積層されたデータライン２１０、第３導電層２０５で形成されたソース及びドレイン電極２０８、２０９が形成される。具体的に、ゲート絶縁膜２０６上にスパッタリングなどの蒸着を通じて第３導電層２０５と第４導電層２０７が蒸着されフォトリソグラフィ工程とエッチング工程によってデータライン２１０、ソース及びドレイン電極２０８、２０９が形成される。

図３１及び図３２は本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
図３１及び図３２に示されたように、第４マスク工程でソース及びドレイン電極２０８、２０９、データライン２１０、画素電極２１８を含む基板２０１上にバンク絶縁膜２１２、有機半導体層２１４、有機保護膜２１６が形成される。具体的に、ソース及びドレイン電極２０８、２０９、データライン２１０、画素電極２１８を含む基板２０１上に有機絶縁物質が形成され、以後フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を経てソース及びドレイン電極２０８、２０９を露出させるホール２１３が形成される。ホール２１３内にインクジェット噴射装置で有機半導体を塗布して有機半導体層２１４が形成され、有機半導体層２１４上に有機保護膜２１６が形成される。

上述したように、本発明による有機薄膜トランジスタ基板及びその製造方法は、画素電極をゲートライン及びゲート電極と同一の平面上に形成する。それにより、有機薄膜トランジスタ基板を製作するときマスクを少なく使用することができ製作費用が節減され製作時間も減少し化学露出及びプラズマ露出に対して安定的である。また、このような有機薄膜トランジスタ基板は有機薄膜トランジスタのターンオン動作を容易に制御することができる。
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離脱することなく、本発明を修正または変更できる。

本発明は、薄膜トランジスタを容易に製造することができるため、例えば薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置など各種装置に利用することができる。

本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の平面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の断面図である。有機絶縁膜をゲート絶縁膜として使用した有機薄膜トランジスタの特性を比較するためのグラフである。無機絶縁膜をゲート絶縁膜として使用した有機薄膜トランジスタの特性を比較するためのグラフである。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の平面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の断面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート金属パターンの製造方法を説明するための平面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート金属パターンの製造方法を説明するための断面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート絶縁膜の製造方法を説明するための平面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちデータライン、ソース及びドレイン電極の製造段階を経た平面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちデータライン、ソース及びドレイン電極の製造段階を経た断面図である。図１１及び図１２に示された有機薄膜トランジスタ基板のデータライン、ソース及びドレイン電極製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１１及び図１２に示された有機薄膜トランジスタ基板のデータライン、ソース及びドレイン電極製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１１及び図１２に示された有機薄膜トランジスタ基板のデータライン、ソース及びドレイン電極製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１１及び図１２に示された有機薄膜トランジスタ基板のデータライン、ソース及びドレイン電極製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１１及び図１２に示された有機薄膜トランジスタ基板のデータライン、ソース及びドレイン電極製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１１及び図１２に示された有機薄膜トランジスタ基板のデータライン、ソース及びドレイン電極製造方法を詳細に説明するための断面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造段階を経た平面図である。本発明の第１実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造段階を経た断面図である。図１９、２０に示された有機薄膜トランジスタ基板のバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１９、２０に示された有機薄膜トランジスタ基板のバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１９、２０に示された有機薄膜トランジスタ基板のバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を詳細に説明するための断面図である。図１９、２０に示された有機薄膜トランジスタ基板のバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を詳細に説明するための断面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート金属パターンの製造方法を説明するための平面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート金属パターンの製造方法を説明するための断面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート絶縁膜の製造方法を説明するための平面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちゲート絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちデータライン、ソース及びドレイン電極の製造方法を説明するための平面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちデータライン、ソース及びドレイン電極の製造方法を説明するための断面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を説明するための平面図である。本発明の第２実施例による有機薄膜トランジスタ基板の製造方法のうちバンク絶縁膜、有機半導体層、保護層の製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１００、２００ゲートライン
１０１、２０１基板
１０３、２０３ゲート電極
１０６，２０６ゲート絶縁膜
１０８、２０８ソース電極
１０９、２０９ドレイン電極
１１０、２１０データライン
１１２、２１２バンク絶縁膜
１１４、２１４有機半導体層
１１６、２１６有機保護層
１１８、２１８画素電極
１４０、１５０マスク
１６０、２６０有機薄膜トランジスタ
２３０コンタクトホール

Claims

基板上に形成されるゲートラインと、
前記ゲートラインと同一の平面上に形成される画素電極と、
前記ゲートラインと絶縁され形成されるデータラインと、
前記ゲートラインと接続するゲート電極、前記ゲートラインと絶縁され前記データラインと接続するソース電極、前記ゲート電極と絶縁され前記画素電極と接続するドレイン電極、前記ソース及びドレイン電極と接触する有機半導体層を含む有機薄膜トランジスタと、
前記ゲートライン及び前記ゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜と、
を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ基板。
前記ゲートライン及びゲート電極は、第１導電層と第２導電層で積層された複層構造に形成されることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記第１導電層は、透明導電層からなり、前記第２導電層は不透明金属からなることを特徴とする請求項２記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記画素電極は、前記ゲートラインと同一の材質から形成されることを特徴とする請求項３記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記ゲート絶縁膜は、前記有機薄膜トランジスタのドレイン電極と重畳される前記画素電極上に形成されることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記画素電極及びドレイン電極は、前記ゲート絶縁膜に形成されるコンタクトホールを通じて接触されることを特徴とする請求項５記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記ゲート絶縁膜は、無機物質からなることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記ゲート絶縁膜は、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなることを特徴とする請求項７記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記ゲート絶縁膜は、有機物質からなることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記データラインは、透明導電層を含んで二重以上の複層構造に形成されることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記データラインは、
透明導電層からなる第３導電層と、
前記第３導電層上に形成され不透明な金属からなる第４導電層を含むことを特徴とする請求項１０記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記有機薄膜トランジスタのソース及びドレイン電極は、前記データラインの第３導電層と同一の材質から形成されることを特徴とする請求項１１記載の有機薄膜トランジスタ基板。
前記ゲート絶縁膜は、ポリビニルピロリドンＰＶＰ、ポリビニルアセテートＰＶＡ、フェノール系高分子、アクリル系高分子、イミド系高分子、アリルエーテル系高分子、アミド系高分子、フッ素系高分子、ビニルアルコール系高分子を含むグループのうち選択された前記有機物質から形成されることを特徴とする請求項１１記載の有機薄膜トランジスタ基板。
基板上にゲートライン、ゲート電極及び画素電極を形成する段階と、
前記ゲートライン及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜の一部上にデータライン、前記データラインと接続するソース電極及び前記画素電極と接続するドレイン電極を形成する段階と、
前記ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ基板の製造方法。
前記ゲートライン及びゲート電極を形成する段階は、前記基板上に第１導電層と第２導電層で積層された複層構造のゲートライン及びゲート電極を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１４記載の有機薄膜トランジスタ基板の製造方法。
前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、
無機物質からなるゲート絶縁膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１５記載の有機薄膜トランジスタ基板の製造方法。
前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１６記載の有機薄膜トランジスタ基板の製造方法。
前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、有機物質からなるゲート絶縁膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１４記載の有機薄膜トランジスタ基板の製造方法。
前記ゲート絶縁膜を形成する段階は、前記画素電極上にコンタクトホールを含むゲート絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の有機薄膜トランジスタ基板の製造方法。
前記有機半導体層を形成する前に内部に前記有機半導体層が充てんされるホールを備えたバンク絶縁膜を形成する段階と、
前記有機半導体層が形成されたホール内に有機保護膜を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の有機薄膜トランジスタ基板の製造方法。